Исследователи собирают тонкости лечения рака легких

Когда Джеймсу Спюдичу был поставлен диагноз рака легких, у исследователей была редкая и неожиданная возможность исследовать здоровую и больную ткань человека на беспрецедентном уровне детализации.

Операция была назначена на утро следующего дня

Но она могла не состоятся, так как Краснов и доцентом педиатрии Кристин Куо обсуждали, как расширить свои исследования, которые проводили в основном у мышей и маленьких приматов, для включения рака человека. Но логистические и юридические проблемы, которые нужно было бы очистить до любых исследований, основанных на человеке, были сложными, и Краснов знал, что потребуется несколько месяцев, чтобы получить необходимые разрешения.

Куо, специалист в области легочной медицины, работал со Стефаном Кваке, профессором биоинженерии и прикладной физики и сопредседателем Чан Цукерберга Биохубом для изучения развития и функционирования нейроэндокринных клеток легких с использованием одноячеистого секвенирования РНК. Куо работал с Красновым, чтобы провести свои первые исследования на мышах. Но в 2016 году она основала собственную лабораторию в Отделе педиатрии и начала разрабатывать методы и ключевые реагенты для эффективной изоляции человеческих легких клеток. Мало того, что у нее есть все необходимые протоколы и одобрения, чтобы начать учебу, она уже наладила сотрудничество с Джозефом Шрагером, доктором медицинских наук, профессором и начальником хирургии торакальной хирургии, который должен был выполнить процедуру Спудича на следующее утро.

Объединенные усилия исследователей и клиницистов со всего Центра Бекмана, Стэнфорда Био-Х и Биохуба выполнили своего рода беспрецедентное молекулярное исследование, которое определило, когда клетки легких становятся раковыми.

Замечательная история

«Это массированная атака на человеческую болезнь с использованием самых современных инструментов исследования на одной опухоли у одного пациента», - сказал Краснов, который оценивает, что проект будет стоить 1 миллион долларов или более. «Через пять или десять лет я считаю, что знания, которые мы получим из этого исследования, будут служить руководством для лечения всех пациентов с аденокарциномой легких».

Усилия не предназначены конкретно для того, чтобы помочь Спудичу, прогноз которого хорош, потому что его рак был ранним и его быстро удалили. Скорее, он обещает предложить интимный взгляд на самые ранние этапы развития рака в легочной ткани человека и, вероятно, приведет к лучшей диагностике и лечению аденокарциномы легких.

В часы, предшествующие операции, исследователи пытались сбалансировать свое волнение по поводу научной возможности с их заботой о коллеге. Сказать, что Джеймс Спудич хорошо известен в сообществе Стэнфордской медицины, было бы преуменьшением.

Многие из более чем 20 человек, участвовавших в этой последней исследовательской работе, знали Спудича много лет. Квак получил степень бакалавра в области физики в Стэнфорде в 1991 году, и сделал постдокторскую работу под руководством профессора физики Стивена Чу, доктора философии.

Почти каждый говорит о Спудиче с восхищением, а не только за его потрясающие научные достижения - он получил в 2012 году премию Альберта Ласкера за фундаментальное медицинское исследование за исследования молекулярных двигателей, которые приводят к сокращению мышц, но и за его теплую и добрую индивидуальность.

«Все знают и любят Джима, - сказал Квак. «Поэтому неудивительно, что наше сообщество немедленно мобилизовалось, чтобы это произошло».

«Это была потрясающая научная возможность, которая произошла намного раньше, чем ожидалось», - сказал Краснов, который является следователем медицинского института Говарда Хьюза. «Но, конечно же, было осознание того, что мы говорили о нашем любимом коллеге, наставнике и друге. Когда этот человек прямо перед вами, и с вами, он придает этим усилиям срочность и остроту, которая приносит науку и медицина вместе таким прекрасным и мощным способом».

Общая форма рака легких

Аденокарцинома легких является наиболее распространенным типом рака легких. Обычно это происходит у нынешних или бывших курильщиков, но это основной тип рака легких у некурящих. Часто он диагностируется на поздней стадии, после того как пациенты сообщают о симптомах кашля или других расплывчатых симптомах, таких как потеря веса или необъяснимая боль.

Спудичу повезло, что его рак был обнаружен рано. «20 сентября 2017 года я был у себя на учете, когда мой врач спросил, как я. Я сказал, что чувствую себя прекрасно, но моя жена Анна сказала: «Нет, он не в порядке », - вспоминал Спудич. «Мы посмотрели на нее, и она продолжила: «Джим уставший, чем обычно, и у него небольшой кашель, и мы только что вернулись из Индии». Я чувствовал, что оба эти симптома были ничем не примечательны, поскольку я становлюсь старше, но, учитывая ее беспокойство, мой врач заказал рентген грудной клетки.

Рентген, полученный девять дней спустя, показал небольшую облачность в верхней части левого легкого Спудича. Последующие КТ и ПЭТ-сканирования предполагали наличие возможной аденокарциномы длиной около 2 сантиметров, что было подтверждено биопсией. Хирургия для удаления лепестка, содержащего как нормальную, так и раковую ткань, была назначена на утро 27 октября.

«Стив, Тони и их команды работали над атласом мышиных клеток, - сказал Краснов. «Мы собирали то, что мы называли «группами быстрого реагирования», чтобы быстро собирать и анализировать ткань мыши. Поэтому мы знали, как сделать что-то подобное и как это сделать, но мы не делали этого раньше у людей, и почти так же быстро, как нам приходилось действовать с опухолью Джима. Обычно у нас было время на несколько дней или недель, теперь у нас были часы».

Уникальная возможность

В дополнение к обеспечению соблюдения всех аспектов протокола, включая объяснение пациенту, Спудича, точно, что произойдет, Краснов столкнулся с еще одним препятствием: как получить финансирование для неожиданного проекта.

«Я сразу же связался с Стивом и описал, как это была прекрасная возможность продлить исследования CZ Biohub на мышах в легких человека и рак легких», - сказал Краснов.

В тот же день члены команды быстрого реагирования, включая Куо и нескольких студентов и аспирантов из лаборатории Краснова, пошли работать над «гуманизацией» своих исследований мышью. «Кристин работала с клинической стороны, - сказал Краснов, - получая формы и налаживая связи с хирургами, клиницистами и патологоанатомами. Между тем, студенты в моей лаборатории выясняли, что нужно делать по-другому с человеческой тканью».

Во-первых, огромное количество ткани, которая будет удалена из Спудича, будет намного больше, чем крошечное мышечное легкое. Кроме того, исследователи не могли использовать мышиные специфические антитела для отделения человеческой ткани от конкретных типов клеток. И хотя некоторые типы клеток относительно многочисленны и легко анализируются, другие требуют тщательной тщательной изоляции.

Быстрое перемещение

«Все эти люди помчались до поздней ночи, чтобы скрестить реагенты и антитела из других лабораторий и CZ Biohub, либо здесь, в университетском городке, либо поблизости», - сказал Краснов. Он предупредил Лизу Николс, доктора философии, которая направляет механизм сортировки активированных флуоресценции Бекмана, чтобы подготовиться к притоку проб. «Нам пришлось выстраивать время на сортировочных машинах для сортировки клеток и находить операторов FACS, которые могли бы быть на связи после операции», - сказал Краснов. «И все это должно было быть назначено на 8 утра на следующее утро».

Помимо облегчения усилий команды быстрого реагирования, Краснов управлял другими исследователями аденокарциномы легких в Стэнфорде.

«Тип и этап рака Джима в основном отлично вписываются в одно из наших текущих клинических исследований», - сказал Дин. «Собирая кровь до и после операции, а затем с перерывами во время и после последующей химиотерапии, мы можем искать наличие кДНК и, возможно, прогнозировать вероятность повторения».

Дин и Ализаде помогли разработать анализ в Лаборатории молекулярной патологии Стэнфорда, чтобы определить наличие генетических изменений в опухоли, которые могут быть нацелены на существующие лекарства или методы лечения.

У Краснова еще было несколько экспертов, которых он хотел привлечь.

«Иммунотерапия - очень интересная область исследований прямо сейчас, и мы хотели обратиться к специалистам иммунной системы и системы крови, чтобы систематически анализировать иммунные клетки, проникающие в опухоль Джима», - сказал Краснов. Ирвинг Вайсман, доктор медицины.

Рахул Синха, кандидат наук, бывший ученый-докторант в лаборатории Вайсмана и инструктор в институте, пришел на борт, чтобы собрать необходимые образцы крови и тканей и начать анализ опухолепроникающих иммунных клеток.

Наконец, Краснов позвал профессора медицины Кальвина Куо, доктора медицины, доктора философии и гематологического и онкологического коллеги Амина Салаходина, доктора медицинских наук, PHD. Эти два человека работали над созданием новых способов культивирования нормальной и раковой человеческой ткани легких из хирургических биопсий для изучения биологии человека. Вместе с доктором медицины, профессором медицины Тушаром Десаи, они недавно определили предполагаемую клеточную принадлежность для аденокарциномы легких у людей.

«Опять же, нам так повезло, что у меня есть мировые эксперты, или во многих случаях мировой эксперт, по соседству», - сказал Краснов.

«Рак Джима станет одним из самых тяжелых анализов рака человека, - сказал Дин.

Очень занятый пациент

К следующему утру сам Спудич был «очень занятым пациентом», подписал несколько форм согласия и был проинформирован о том, что влечет за собой участие в каждом исследовании.

Куо был в операционной, чтобы обсудить с Шрагером и патологоанатомами, как получить лучшие образцы нормальной и больной ткани для запланированного анализа. «Эти секции были точно аннотированы и немедленно доставлены в лабораторию, чтобы обеспечить самые свежие ткани», - сказал Го.

«С этого момента, за исключением размеров образцов, это было похоже на обработку мышечной ткани», - сказал Краснов. «Кроме этого времени это был тот, кого они знали».

Под опекой Шрагера и его команды и Хизер Уэйкли Спугич быстро выздоравливал от операции.

Поскольку его рак был найден на ранней стадии и полностью удален, он считается исцеленным. Тем не менее, действующий стандарт ухода рекомендует несколько раундов химиотерапии, чтобы уменьшить вероятность возможного повторения. Для пациентов с метастатическим заболеванием прогноз менее положительный.

«При метастатическом заболевании химиотерапия используется для продления жизни, а не для лечения пациента», - сказал Уэйкли. Однако новые подходы включают подход к иммунотерапии, известный как блокада контрольной точки, и персонализированное лечение на основе генетической последовательности опухоли, чтобы более точно нацеливать раковые клетки.

«Раньше мы рассматривали бы все метастатические аденокарциномы легких одинаково, в то время как теперь мы очень внимательно смотрим на молекулярные основы рака», - сказал Уэйкли. «Теперь мы не будем думать о том, чтобы начать лечение, не понимая генетических изменений, существующих в раке каждого пациента».

Уайкли является главным исследователем клинического испытания, проверяющего влияние ингибиторов контрольных точек на показатели лечения для людей с ранней стадией аденокарциномы легких. После завершения химиотерапии после операции половина участников получит активный препарат, а половина будет частью контрольной группы.

«Полный участник проекта»

«Очень интересно быть пациентом - я получаю химиотерапию, но и являюсь научным исследователем, глубоко вовлеченным в процесс принятия решений и анализа данных. Например, я посещаю регулярные встречи команды, чтобы решить, что делать с образцами тканей», - сказал Спудич.

Радж Рохатджи, доктор философии, адъюнкт-профессор биохимии и медицины и близкий друг Спудича, способствовал его участию в научных аспектах работы. «Радж - эксперт в области рака легких и близкий коллега Хитера Уэйкли, - сказал Спудич. «Он очень хорошо осведомлен о молекулярной и клеточной биологии болезни, и он бесценен для меня. Марк, Радж и я почти ежедневно рассказываем о последних событиях в Project Lung».

За несколько месяцев после операции ученые собрали беспрецедентные объемы данных в результате импровизированного визита Спудича в лабораторию Краснова.

«Мы уже узнали, что существуют типы клеток у людей, которые либо не присутствуют, либо не обнаруживаются у мышей, что очень интересно. Мы определили потенциальную мутацию для опухоли Джима».

Дин и его коллеги идентифицировали генетическое изменение в раке Спудича, что, хотя и относительно редко в аденокарциноме легких, распространено в меланоме. Существуют лекарственные средства, которые нацелены на раковые клетки с этой мутацией, когда рак является метастатическим, но они еще не одобрены для использования на ранних стадиях рака.

Краснов и его коллеги работают над выявлением дальнейших субпопуляций клеток в легких. «Мы хотим узнать опухоль и то, что ее ведет», - сказал он. «Существуют ли субпопуляции, которые могут отвечать за поддержание и расширение рака?»

Предыдущие работы в лаборатории Краснова показали, что небольшая часть клеток, называемых клетками альвеолярного типа 2, обладает возможностями стволовых клеток. Для поддержания их идентичности стволовых клеток клетки требуют наличия соседних клеток, называемых фибробластами, которые секретируют сигнальную молекулу, называемую Wnt. «Эти клетки альвеолярного типа 2 являются в основном стволовыми клетками с дневной работой, - сказал Краснов, - и у них есть частная ниша только одного соседнего фибробласта». Исследователи полагают, что если эти стволовые клетки будут неправильно активированы, возможно, они могут начать делиться неуправляемо и вызвать аденокарциному.

«Мы действительно хотим знать, что происходит на самых ранних стадиях развития рака, - сказал Краснов. «Есть ли какие-либо признаки того, что он инициирует в этих клетках альвеолярного типа 2? Интересно, что ДНК опухоли Джима действительно имеет онкогенную мутацию в одном из этих активирующих путей. И теперь у нас есть возможность изучить их при разрешении одной клетки и сравнить их гораздо более осторожно с нормальными клетками легких».

Потенциальный подход к лечению

Одна концепция Краснова и его коллеги размышляют о том, что можно было бы лечить раковые заболевания с помощью двухстороннего подхода: блокировать путь, который стимулирует рост клеток и устраняет необходимый сигнал Wnt для обеспечения свойств стволовых клеток.

«Это фундаментальное исследование», - сказал Краснов. «Мы объединили множество экспертов и техники, чтобы в первый раз полностью понять полную клеточную и молекулярную сложность одной опухоли таким образом, чтобы подтолкнуть нас к совершенно новому уровню потенциальных методов лечения этой болезни».

Источник: medicalxpress.com/news/2018-05-intricacies-lung-cancer